Многоканальный наблюдательный комплекс космических лучей

Существующие станции космических лучей (КЛ) мировой сети оснащены, в основном, нейтронными мониторами, обеспечивающими регистрацию только интегральной интенсивности нейтронной компоненты КЛ (т. е. они одноканальны). Многоканальный наблюдательный комплекс КЛ обеспечивает получение информации о вариациях интенсивности КЛ в широком интервале энергий от единиц до 200 ГэВ.

Многоканальный наблюдательный комплекс космических лучей

В основу системы многоканальных наблюдений КЛ положен принцип комплексной синхронной регистрации всех вторичных компонент КЛ одним прибором, в котором каждая из компонент КЛ регистрируется в различных энергетических интервалах. Комплекс, изображенный на рис. 1, включает датчик (четыре секции), измерительную систему, систему сбора и обработки данных. Здесь (рис. 1, б ) A, B, C, D – четыре идентичные независимые секции детектора, общий вид которых изображен на рис. 1, а . Цифрами 1 и 3 на рисунке обозначены соответственно верхние и нижние ряды счетчиков ионизующих частиц; 2 – секции нейтронного монитора NM-64; 4, 5, 6 – измерительные системы (ИС) выделения информации о нейтронной компоненте, множественности нейтронов локальной генерации, направленной интенсивности общей ионизующей и мезонной компонент КЛ соответственно; 7 – цифровой барограф; 8 и 9 – устройства сбора и предварительной обработки данных (персональный компьютор, ПК); 10, 11, 12 и 13 – датчики контроля стабильности питающих детектор напряжений, атмосферного давления, внутренней и наружной температуры; 14 – таймер. Статистическая точность измерения интенсивности (для часовых значений) нуклонной компоненты составляет 0.11 %, общей ионизующей компоненты – 0.04 %, для мезонной компоненты, регистрируемой под различными углами к зениту (0–60°), – от 0.12 % до 0.3 %.

В многоканальном наблюдательном комплексе свинец монитора выполняет одновременно функции локального генератора нейтронов при регистрации нуклонной компоненты и множественности нейтронов, фильтра при разделении мягкой и жесткой компонент, экрана в системе азимутальных мюонных телескопов и генератора каскадных или ливневых частиц в случае регистрации ионизационных толчков. Способ предусматривает использование одной и той же площади сбора частиц различных компонент вторичных КЛ. Значительное увеличение потока информации с детекторов КЛ привело к необходимости применения в измерительных системах различных способов селекции сигналов (амплитудного, временного, амплитудно-временного, селекции сигналов по плотности их следования).

Комплекс как единый прибор функционально представляет собой спектрограф КЛ [Янчуковский и др., 1982] и матричный мюонный телескоп [Янчу-ковский , 2006]. Спектрограф реализован на эффекте множественной локальной генерации нейтронов в свинце частицами КЛ. В основу положена зависимость множественности нейтронов локальной генерации от энергии нуклонов вторичных КЛ [Hughes et al., 1962]. Измерения множественности нейтронов осуществляются с применением способа селекции сигналов по плотности их следования [Янчуковский, 1980] исходя из временного распределения генетически связанных нейтронов [Чирков и др., 1974]. Стартовые сигналы для устройств измерения множественности нейтронов формируются в результате логических операций с сигналами от счетчиков ионизующих частиц верхних и нижних рядов [Янчу-ковский и др., 1973].

Основные характеристики комплекса

Энергетическая чувствительность спектрографа на эффекте локальной генерации нейтронов наблюдательного комплекса представлена нормированными коэффициентами связи каналов в % / ГВ:

( a _kR + b ) c 1 exp Г - d ( a _kR + b ) c 1                (1)

W k ( R ) = --------------^L-----------^J— 100.

J ( a _kR + b )" c ^{- 1} exp [ - d ( a _kR + b f c ] dR ^Rc /^a k

Здесь R c – жесткость геомагнитного обрезания пункта c , а α k определяется отношением порога канала

В . Л . Янчуковский

Рис. 1. Детектор космических лучей (а) и структурная схема комплекса (б).

к и общего счета монитора; b =1.2; c =1.0864; d =16.0123; R_c =2.91 ГВ (для Новосибирска). Коэффициенты связи были получены экспериментально из широтного эффекта КЛ [Янчуковский и др., 1976]. Они перекрывают область жесткостей частиц первичных КЛ от единиц до нескольких десятков ГВ.

В комплекс входит созданный впервые матричный мюонный телескоп. Он реализован на газоразрядных счетчиках. Матрица детектирования образуется, если счетчики, в которых обеспечен пропорциональный режим расположить в горизонтальной плоскости взаимно перпендикулярно один над другим и включить их в схему совпадений. При числе счетчиков M =2 L / d можно организовать матрицу детектирования из ( L / d )² ячеек ( L / d - длина/диаметр счетчика). Детектор из двух матриц позволяет на той же площади с M счетчиками длиной L и диаметром d обеспечить N направлений регистрации мюонов:

линиями

Рис. 2. Энергетические диаграммы системы мюонных телескопов.

При этом для каждого из направлений обеспечивается регистрация частиц в виде параллельного пучка. Матричный телескоп комплекса обеспечивает регистрацию мюонов с различных азимутальных направлений под углами к зениту 0°, 30°, 40°, 50°, 60°, 67° и 71°.

Энергетические диаграммы (при регистрации мюонов под различными углами к зениту) для системы телескопов комплекса [Янчуковский, 2007] приведены на рис. 2. Штриховыми линиями на рисунке показаны ожидаемые энергетические диаграммы (теоретически рассчитанные), сплошными

- энергетические диаграммы, найденные экспериментально (методом пробного детектора [Дворников и др., 1986]). Полученные результаты удовлетворительно согласуются. Энергетические диаграммы системы телескопов перекрывают область энергий первичных частиц от десяти до 200 ГэВ и более.

Заключение

Таким образом, наблюдательный комплекс КЛ обеспечивает получение информации в широкой области энергий первичного излучения от единиц до 200 ГэВ и более.

Многоканальный наблюдательный комплекс космических лучей

Для повышения качества (статистической точности и надежности) данных наблюдений в созданной системе многоканальной регистрации КЛ предусмотрена избыточность, информационная и функциональная, а также технические средства диагностики (в том числе тестирование и применение имитаторов) и специальные алгоритмы контроля качества данных [Янчуковский и др., 1994].